高性能、工廠設備和IT系統(tǒng)集成，以及工業(yè)物聯網的需求驅動促進了工業(yè)以太網的增長。在實時工業(yè)以太網中，EPA、 EtherCAT、 RTEX、Ethernet Powerlink、PROFINET、Ethernet/IP、SERCOS III是主要的競爭者。下面對它們進行簡單比較。
Ethernet/IP
Ethernet/IP是2000年3月由Control Net International和ODVA( Open DevicenetVendors Association共同開發(fā)的工業(yè)以太網標準。
Ethernet/IP實現實時性的方法是在TCP/IP層之上增加了用于實時數據交換和運行實時應用的CIP協議(Common Industrial Protocol )。
Ethernet/IP在物理層和數據鏈路層采用標準的以太網技術，在網絡層和傳輸層使用IP協議和TCP、 UDP協議來傳輸數據。UDP是一種非面向連接的協議，它能夠工作在單播和多播的方式，只提供設備間發(fā)送數據報的能力。對于實時性很高的I/O數據、運動控制數據和功能行安全數據，使用UDP/IP協議來發(fā)送。而TCP是一種可靠的、面向連接的協議。對于實時性要求不是很高的數據(如參數設置、組態(tài)和診斷等)采用TCP/IP協議來發(fā)送。
Ethernet/IP采用生產者/消費者數據交換模式。生產者向網絡中發(fā)送有唯一標識符的數據包。消費者根據需要通過標識符從網絡中接收需要的數據。這樣數據源只需一次性地把數據傳到網上，其它節(jié)點有選擇地接收數據，這樣提高了通信的效率。
Ethernet/IP是在CIP這個協議的控制下實現非實時數據和實時數據的傳輸。CIP是一個提供工業(yè)設備端到端的面向對象的協議，且獨立于物理層及數據鏈路層，這使得不同供應商提供的設備能夠很好的交互。另外，為了獲得更好的時鐘同步性能，2003年ODVA將 IEEE 15888引入Ethernet/IP，并制定了CIPsync標準以提高Ethernet/IP的時鐘同步精度。
EPA
EPA是在“863”計劃的支持下，由浙江大學、清華大學、浙江中控技術公司、大連理工大學、中科院自動化所等單位聯合制定，是用于工業(yè)測量和控制系統(tǒng)的實時以太網標準。
EPA實現實時性的方法是在ISO/IEC8802.3協議所規(guī)定的數據鏈路層之上增加了一個EPA-CSME ( communication scheduling management entity，通信管理實體)。
增加EPA-CSME，EPA-C SME用于對數據報文的調度管理，它支持兩種通信調度方式：非實時的通信使用CSMA/CD通信機制，非實時數據直接在DLE層和DLS-Use：之間傳輸，不進行任何緩沖和處理;實時性使用確定性調度方式，EPA將DLS-User數據根據控制時序和優(yōu)先級大小傳送給DLE，然后經過PHY發(fā)送出去，這樣避免了網絡中報文的碰撞。
另外，EPA網絡為了避免沖突的發(fā)生將控制網絡分成了若干個由網橋相互隔離的控制區(qū)域一一微網段。各微網段內通信互不干擾。不同微網段的設備的通信需要通過網橋轉發(fā)來實現。這使得網絡中的任何報文都被嚴格的監(jiān)控，從而避免了廣播風暴的產生。
目前，一些公司，比如浙大中控，己經開發(fā)了多種產品EPA產品，包括基于EPA的控制系統(tǒng)、基于EPA的變送器、執(zhí)行器、遠程分散控制站、數據采集器、現場控制器、無紙記錄儀?；贓PA的分布式網絡控制系統(tǒng)己在工廠得到成功應用。
Ethernet POWERLINK
Ethernet POWERLINK(簡稱EPL)是由奧地利B&R(貝加萊)公司于2001年開發(fā)出來的實時以太網解決方案。2003年，由全球自動化和驅動行業(yè)的領軍公司成立了EPSG(Ethernet POWERLINK標準化組織)，來標準化和強化POWERLINK技術。
EPL標準是在CANopen基礎上發(fā)展來的。它實現實時性的方法是對TCP/IP協議棧進行了實時擴展，引入了SCNM ( slot communication network management，時間槽通信網絡管理)機制來消除C SMA/CD的不確定性。
SCNM原理是網絡按照一個固定的周期進行通信。每個周期分為三個時間槽：同步時間槽、異步時間槽、空閑時間槽。實時性要求嚴格的數據在同步時間槽中傳輸。時間不苛刻的數據在異步時間槽中傳輸。在三種時間槽中又根據網絡中通信節(jié)點的數目劃分為不同的子時間槽。這樣保證了實時數據的實時性傳輸，又杜絕了網絡沖突的發(fā)生。
PROFINET
PROFINET是由PI ( Profibus International)組織提出的工業(yè)以太網標準。從2004年4月開始，PI與Interbus Club ( Interbus總線俱樂部)聯手，負責合作開發(fā)與制定PROFINET的相關標準。PROFIBUS技術和INTERBUS技術可以在整個控制系統(tǒng)中無縫地集成。
現在PROFINET有三個版本，能夠實現3種類型的通信：TCP/IP標準通信和兩類實時通信。在這些版本中，PROFINET提出了對IEEE802.1 D和IEEE1588進行實時性擴展的技術方案，同時，根據不同的實時性要求采用不同的實時通道技術。
PROFINET提供的標準通道使用TCP/IP協議來進行非實時通信，用于設備參數化、組態(tài)和診斷數據的傳輸。兩個實時通道：實時通道RT和實時通道IRT。
實時通道RT是一種軟實時(software real time）方案，一般響應時間為lOms，主要用于工廠自動化領域中的過程數據高性能循環(huán)傳輸、事件控制的信號與報警信號燈。
實時通道IRT(IsochronousReal-time)使用了專用的ASIC芯片來對數據幀進行了解析，這樣縮短了處理時間。該方案特別適用于高性能傳輸、過程數據的等時同步傳輸及需要快 速時鐘同步的運動控制領域。
另外根據應用對象的不同，PROFINET有兩種組網方式：PROFINETIO和PROFINET CBA。
SERCOS III
SERCOS ( Serial Real Time Communication System，串行實時通信系統(tǒng))在1989年誕生，并在1995年成為國際標準IEC61491 }26}。到目前為止，SERCOS己經經歷了三代的發(fā)展:SERCOS I, SERCOS II, SERCOS III，其中SERCOSI和SERCOS II統(tǒng)稱為SERCOS 。SERCO S III是SERCOS成熟的通信機制和工業(yè)以太網相結合的產物，它既具有 SERCOS的實時特性，又具有以太網的特性。相對于SERCOS， SERCOS III具有的優(yōu)點有：
基于工業(yè)以太網，數據傳輸速率高達1OOMbit/s；
能夠實現標準的TCP/IP通信；
能夠使用CATSE 雙絞銅纜和光纖通信；
具有線型和環(huán)型的拓撲結構；
支持從站與從站之間的jiāo叉通信；
支持從站的熱插拔;支持與安全相關的數據傳輸；
向下兼容以前的SERCO S總線協議。
SERCOSS III采用TDMA(時分多路復用)的通信機制實現以太網的實時性和確定性。它能夠使用線型或環(huán)型的拓撲結構與驅動器、I/O設備、傳感器相連接，但是不支持星形結構。
RTEX
RTEX是松下為實現運動控制高速實時性要求獨自開發(fā)的高端總線技術，早于2004年便已經被提出了。作為一款為運動控制量身定做的高端實時運動控制總線，RTEX總線經過多年打磨，已經形成集運動控制器、伺服、步進、遠程IO、變頻器等的整體運動控制系統(tǒng)生態(tài)圈，并以其高速、高精、高抗干擾、高性價比、簡單可靠性、易開發(fā)的特點在各行各業(yè)為用戶創(chuàng)造了巨大的價值。
RTEX主要特點：
高速且高精：RTEX通過采用絕對值式位置指令、指令更新周期通過參數可選、增加單位距離內指令點數，以及高達4Gpulse的指令傳輸速率，實現了高速與高精完美的統(tǒng)一；
高抗干擾能力：憑借著更短的數據幀、數據幀冗余、數據幀修復功能、環(huán)形拓撲結構等特色，RTEX充分保障了通信網絡的抗躁性，防止因通信干擾引發(fā)的設備停機；
高實時性、同步性：RTEX總線最小通信周期可達到125us，在百微秒級的同步控制周期內，指令能夠被及時有效地發(fā)送到系統(tǒng)內的各個軸上，保證每個軸都有一致、精確的實時性和同步性；
開發(fā)難度低：RTEX芯片解決方案提供了豐富的運動控制算法和功能模塊，并且內置數據幀修復等特殊功能，開發(fā)難度低，且大幅縮短開發(fā)周期，可快速實現輔助功能開發(fā)及產品升級；
實施設備預診斷：依托RTEX總線的數據通訊方式，設備能更為快速的進行診斷與維護，并通過數據收集分析，可對設備故障實施預診斷。
EtherCAT
EtherCAT是由德國倍福(Beckhoff)公司于2003年提出的實時工業(yè)以太網技術。為了給來自全球的自動化人員和產品供應商提供EtherCAT技術支持，2003年底ETG (EtherCAT Technology Group）組織成立。到目前為止，該組織是全球最大的工業(yè)以太網組織且己擁有2705個會員，而且成員越來越多，由此可以看出EtherCAT技術在工控領 域中的地位和作用將越來越重要。經過幾年的發(fā)展，EtherCAT經過廣泛的認可，現在它己 經進入多種相關的國際標準：IEC61158中Type12; IEC61784的CPF12;在IEC61800中，EtherCAT支持CANopen DS402和SERCO S規(guī)范;在IS015745中，EtherCAT支持DS301。
EtherCAT主要特點：
1.完全符合以太網標準：普通以太網相關的技術都可以應用于EtherCAT網絡中。EtherCAT設備可以與其他的以太網設備共存于同一網絡中。普通的以太網卡、交換機、路 由器等標準組件都可以在EtherCAT中使用。
2.支持多種拓撲結構:線型、星型、樹型：可以使用普通以太網使用的電纜或光纜。當使用1OOBase-TX電纜時允許兩個設備之間的通信距離達100m。當使用100BASE-FX模式，使用兩對光纖在全雙工模式下，單模光纖能夠達到40千米的傳輸距離，多模光纖能夠達到2千米的傳輸距離。EtherCAT還能夠使用Beckhoff公司自己設計的低壓差分信號LUDS ( Low Voltage Differential Signaling，低壓差分信號)線來低延時地通信，通信距離能夠達到10米。
3.廣泛的適用性：任何帶有普通以太網控制器的設備都有條件作為EtherCAT主站，比如嵌入式系統(tǒng)、普通的PC機、控制板卡等。
4.高效率、刷新周期短：EtherCAT從站對數據幀的讀取、解析、過程數據的提取與插入完全由硬件來實現，這使得數據幀的處理不受CPU的性能、軟件的實現方式等影響，時間延遲極小、實時性很高。同時EtherCAT可以達到小于100us的數據刷新周期。
5.能夠壓縮大量設備數據：EtherCAT以太網幀中能夠壓縮大量的設備數據，這使得EtherCAT網絡有效數據率可達到90%以上。據官方測試1000個I/O更新時間僅僅30us，其中還包括I/O周期時間。而容納1486個字節(jié)(相當于12000個I/O)的單個以太網幀的刷新時間緊緊300us。
6.同步性能很好：EtherCAT使用高分辨率的分布式時鐘使各從站節(jié)點間的同步精度能夠遠小于lus。
7.無須從屬子網：很復雜的節(jié)點或只有一兩位的數字I/O都能被用作EtherCAT從站。
8.多種應用層協議接口：EtherCAT擁有多種應用層協議接口來支持多種工業(yè)設備行規(guī)：CoE ( CANopen over EtherCAT)用來支持CANopen協議，SOE (SERCOE over EtherCAT)用來支持SERCOE 協議，EOE ( Ethernetover EtherCAT)用來支持普通的以太網協議，FOE ( File over EtherCAT）用于上傳和下載固件程序或文件;AOE (ADS over EtherCAT)用于主從站之間非周期的數據訪問服務。對多種行規(guī)的支持使得用戶和設備制造商很容易從現場總線向EtherCAT轉換。
聯系我們
CRM系統(tǒng)
在線服務
官方微信
